计算机组成原理实验五：微程序控制器部件教学实验

一、实验目的

全面掌握计算机各部件组成及相互联接关系。
深入理解计算机微程序控制器的功能、组成知识。
深入的学习计算机各类典型指令的执行流程。
对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念。
学习微程序控制器的设计过程和相关技术。

二、实验设备与器材

$~~~~$ TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。

三、实验说明和原理

制器设计是学习计算机总体组成和设计的最重要部分。要在TEC-XP16教学计算机完成这项实验，必须清楚地懂得：
TEC-XP+教学机的微程序控制器主要由微程序定序器AM2910、产生当前微地址和下地址的微控存和MACH器件组成。
TEC-XP+教学机上已实现了的全部基本指令和留给用户实现的19条扩展指令的控制信号都是由微控存和MACH给出的。
应了解监控程序的A命令只支持基本指令，扩展指令应用E命令将指令代码写入到相应的存储单元中；不能用T、P命令单步调试扩展指令，只能用G命令执行有扩展指令的程序。
要明白TEC-XP+教学机支持的指令格式及指令执行流程分组情况；理解TEC-XP+教学机中已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式和执行流程、也包括控制器设计的实现中的具体路线的控制信号的组成。
(1)要明确自己要实现的指令功能、格式、执行流程设计中必须遵从的约束条件。为了完成自己设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确的内容，具体过程包括：
$~~~~~$ a) 确定指令格式和功能，包括确定要用的操作码,指令中的其它字段的内容分配与使用，要受到教学机已有硬件的约束，应尽量与已实现指令的格式和分类办法保持一致。
按新指令的功能和格式、设计指令的执行流程。划分指令执行步骤并设计每一步的执行功能，设计微地址和下地址的取值，应参照已实现指令的处理办法来完成。
在指令流程表中真写每一个控制信号的状态值，基本上是个查表填数的过程，应特别仔细，并有意识地体会这些信号的控制作用。
将设计好的微码，装入控制存储器的相应单元。
写一个包含你设计的指令的程序，通过运行该程序检查执行结果的正确性，来初步判断你的设计是否正确；如果有问题，通过几种办法查出错误并改正，继续调试，直到完全正确。

四、实验内容

完成控制器部件的教学实验，主要内容是自己设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。
首先是看懂TEC-XP+教学计算机的功能部件组成和线路逻辑关系，然后分析教学计算机中已经设计好并正常运行的几条典型指令的功能、格式和执行流程，注意各操作功能所对应的控制信号的作用。
设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学机上实现、调试正确。
单条运行指令。查看指令的功能、格式和执行流程。
用监控程序的A、E命令编写一段小程序，观察运行结果。

五、实验步骤与截图

测试ADC指令
测试CALR指令
测试指令LDRA

六、思考题

在"A"命令下能否直接输入新指令吗?
$~~~~~$ P66不能，A指令只是基本命令，扩展应用指令要用E指令将指令代码写入相应的存储单元中。

七、试验心得

$~~~~$ 通过此次实验,我对指令的格式、寻址方式以及指令系统有了一个总体概念，特别是对于扩展指令的认识与使用得到了加深，并且可以自主实现自设微码调用微指令，初步掌握了微程序控制器的设计过程。此外，我通过对指令的执行，更为深入地知晓汇编典型指令的执行流程，有了感性的认识，减少了学习的枯燥。本次实验需要用到的单步运行指令较多，慢慢地习惯了对指令的调试以及内存或寄存器的查询。还有，当我们使用扩展指令时，需要用E命令输入。